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          給電子系統(tǒng)降溫 選對(duì)這幾種基礎(chǔ)組件很重要!

          作者:Jeff Smoot 時(shí)間:2024-05-28 來(lái)源:得捷電子DigiKey 收藏

          電子系統(tǒng)的密度越來(lái)越大,溫度也越來(lái)越高,這意味著許多系統(tǒng)將需要采用某種方法來(lái)管理熱量。雖然并不是每項(xiàng)設(shè)計(jì)都需要開發(fā)解決方案,但要避免關(guān)鍵部件因溫度升高而損壞,設(shè)計(jì)人員對(duì)熱量產(chǎn)生、移動(dòng)和消除的基本理解是至關(guān)重要的。最后,需要在早期設(shè)計(jì)階段就加以考慮,而不是在最終設(shè)計(jì)中作為一個(gè)創(chuàng)可貼式的解決方案。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202405/459285.htm

          基礎(chǔ)知識(shí)

          由于市場(chǎng)對(duì)電子系統(tǒng)的要求越來(lái)越高,理論上規(guī)定了用于部件冷卻的三種熱量傳遞方式:傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。

          在傳導(dǎo)方式下,通過兩個(gè)物體之間的物理接觸轉(zhuǎn)移熱能,其中較冷的物體自然地從較熱的物體中吸取能量,也許傳導(dǎo)是最有效的能量傳遞方法。一般來(lái)說,這種方法只需要最小的表面積就能傳遞最大的能量。

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          圖 1:現(xiàn)實(shí)中的熱傳導(dǎo)圖片:(圖片來(lái)源:CUI Devices)

          第二,對(duì)流通過空氣的運(yùn)動(dòng)重新分配熱能。當(dāng)較冷的空氣流經(jīng)較熱的物體時(shí),會(huì)從物體上吸收熱量,并在繼續(xù)流過設(shè)備時(shí)將熱量帶走。這種方法可以通過自然空氣對(duì)流或風(fēng)扇強(qiáng)制空氣對(duì)流來(lái)完成。

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          圖 2:現(xiàn)實(shí)中的對(duì)流(圖片來(lái)源:CUI Devices)

          第三,輻射是以電磁波形式的發(fā)射能量。相對(duì)而言,這種方法相當(dāng)無(wú)效,而且在大多數(shù)熱計(jì)算中都會(huì)被忽略,因?yàn)檫@種方式通常只適用于真空應(yīng)用,真空條件下不可能選擇傳導(dǎo)或?qū)α鳌脑砩现v,輻射是通過熱粒子振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電磁波來(lái)傳遞熱量的。

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          圖 3:現(xiàn)實(shí)中的輻射。(圖片來(lái)源:CUI Devices)

          雖然不是上述三個(gè)基本熱學(xué)概念之一,但也有必要提及熱阻或熱阻抗,這個(gè)參數(shù)可以用來(lái)量化物體之間的熱傳遞效果,且在進(jìn)行熱管理解決方案設(shè)計(jì)時(shí)被廣泛使用。簡(jiǎn)單地說,熱阻抗越低,能量傳遞就越好。利用熱阻抗和給定的環(huán)境溫度,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出在達(dá)到一定溫度之前能夠耗散多少功率。

          熱管理基礎(chǔ)組件

          常見的電子系統(tǒng)冷卻方法有三種:散熱器、風(fēng)扇和珀?duì)柼K。以上每種器件都可單獨(dú)使用,但如果組合使用時(shí),可以達(dá)到更優(yōu)的散熱效果。

          散熱器有許多形狀和尺寸選擇。散熱器用來(lái)提高對(duì)流冷卻效果,具體方法是減少其所連接的設(shè)備和冷卻介質(zhì)(通常是空氣)之間的熱阻抗。散熱器通過增加對(duì)流表面積來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),而且采用熱阻抗低于典型半導(dǎo)體的材料制成。散熱器成本很低,幾乎從不發(fā)生故障或磨損,但往往會(huì)增加其所冷卻的電子系統(tǒng)的體積。作為一種無(wú)源組件,散熱器通常與風(fēng)扇組合使用,以便更有效地將消散的熱能從系統(tǒng)中移走。風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)在散熱器上形成穩(wěn)定的新鮮冷空氣流,以保持散熱器和冷卻空氣之間的溫差,從而確保持續(xù)有效的熱傳遞。

          風(fēng)扇和風(fēng)機(jī)有各種形狀和尺寸,并提供各種不同的功率選擇。產(chǎn)生氣流的能力就是其關(guān)鍵的技術(shù)規(guī)格,通常以立方英尺/分鐘  (CFM)  為單位。有些風(fēng)扇和風(fēng)機(jī)帶有控制器,因此可以作為基于反饋的控制系統(tǒng)的一部分用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,以符合當(dāng)前的冷卻需求。風(fēng)扇有助于改善冷卻,但設(shè)計(jì)時(shí)要考慮風(fēng)扇需要電源,有時(shí)還需要控制電路。與散熱器相比,風(fēng)扇也可能產(chǎn)生噪音,包含活動(dòng)部件,因此更容易發(fā)生故障。

          ),可以減少設(shè)備和冷卻器之間的熱阻抗。CP2088-219 的規(guī)格書(圖 4)顯示,珀?duì)柼K在 2.5V 電壓下需要 1.2 A 電流,這意味著該模塊運(yùn)行時(shí)會(huì)給系統(tǒng)增加 3W 的熱能。

          為了從珀?duì)柼K中移除總共 6.3 W 的熱能,在模塊另一側(cè)安裝了散熱器(HSS-B20-NP-12),同樣使用 SF600G 作為熱界面。 的面積為 8.8 mm × 8.8 mm,熱阻略低于 1.08℃/W。

          散熱器的熱阻為 3.47°C/W,假設(shè)該散熱器上的氣流為 200 直線英尺每分鐘 (LFM)。

          這將使得 TIM 和散熱器組合的總熱阻達(dá)到 4.55℃/W。

          為了提供 200LFM 穩(wěn)定氣流,可使用 CFM-25B系列 風(fēng)扇。

          該器件通過 TIM 將需要冷卻的設(shè)備與珀?duì)柼K連接。珀?duì)柼K的上表面通過另一種 TIM 與散熱器相連,整個(gè)組件都置于 200 LFM 的 50℃ 空氣中。

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          圖 5:使用

          評(píng)論


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